CN103429647A - 用于制备基于聚脲的阻燃型多孔材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制备基于聚脲的阻燃型多孔材料的方法,其包括以下步骤:(a)至少一种多官能异氰酸酯(a1)与至少一种多官能芳族胺(a2)在有机溶剂中任选地在作为组分(a3)的水的存在下以及任选地在至少一种催化剂(a5)的存在下反应;随后(b)移除有机溶剂以获得有机多孔材料,其中步骤(a)在至少一种作为组分(a4)的有机阻燃剂的存在下进行,所述阻燃剂可溶于所述溶剂中。本发明还涉及可由此获得的多孔材料,以及所述多孔材料用于隔热的用途。
Description
本发明涉及一种用于制备阻燃型多孔材料的方法,其包括以下步骤:
(a)至少一种多官能异氰酸酯(a1)与至少一种多官能芳族胺(a2)在有机溶剂中任选地在作为组分(a3)的水的存在下以及任选地在至少一种催化剂(a5)的存在下反应;并且然后
(b)移除有机溶剂以获得有机多孔材料,
其中步骤(a)在至少一种作为组分(a4)的有机阻燃剂的存在下进行,其中所述阻燃剂可溶于所述溶剂中。
本发明还涉及可由此获得的多孔材料,以及所述多孔材料用于隔热的用途。
基于理论考虑,具有几微米或明显更小的尺寸范围的孔和至少70%的高孔隙率的多孔材料(例如聚合物泡沫)是特别良好的热绝缘体。
这些具有小平均孔径的多孔材料可以例如有机干凝胶(xerogel)的形式存在。在整个文献中,并非统一使用术语干凝胶。术语干凝胶通常意指通过溶胶凝胶法所制备的多孔材料,其中液相通过在低于临界温度和临界压力下(次临界条件)干燥所述液相而从凝胶中移除。与此相反,当从凝胶中移除液相是在超临界条件下进行时,通常使用术语气凝胶。
在溶胶凝胶法中,首先制备基于活性有机凝胶前驱体的溶胶,然后通过交联反应使溶胶凝胶化从而得到凝胶。为了从凝胶获得多孔材料(例如干凝胶),必须移除液体。在后文中用简化术语干燥表示该步骤。
WO-2008/138978描述了包含30重量%至90重量%至少一种多官能异氰酸酯和10重量%至70重量%至少一种多官能芳族胺的干凝胶,其中其体积平均孔径至多为5微米。
但是,从现有技术已知的方法中的干燥法(特别是在次临界条件下的干燥法)伴随着收缩(shrinkage),孔隙率下降且密度增加。
现有技术已知并基于异氰酸酯和胺的制剂所存在的另一个问题是对许多应用而言阻燃性能不足。
因此一个目的是避免上述缺点。具体而言,本发明将提供一种不具有上述缺点或使其程度降低的多孔材料。所述多孔材料意指在真空中具有有利的热导率。另一个目的是所述多孔材料还在高于真空范围的压力下(特别是在压力范围约1毫巴至约100毫巴内)具有低热导率。这是必要的,因为在真空面板中于一段时间内压力会增加。另一个目的是该多孔材料还在充气条件下(即在大气压力下)具有有利的热导率。另一个目的是该多孔材料同时具有高孔隙率、低密度和足够高的机械稳定性,以及有利的阻燃性能。
所述目的是探索一种产生具有改进的阻燃性能的多孔有机材料的方法。同时,所述目的为该材料具有有利的孔结构,以保留上述优点。应当使得从所得凝胶产物中移除溶剂而发生的收缩最小化,特别是当在次临界条件下移除溶剂时。
因此已发现本发明的方法和由此所得的多孔材料。
本发明用于制备多孔材料的方法包括以下步骤:
(a)至少一种多官能异氰酸酯(a1)与至少一种多官能芳族胺(a2)在有机溶剂中任选地在作为组分(a3)的水的存在下以及任选地在至少一种催化剂(a5)的存在下反应;并且然后
(b)移除有机溶剂以获得有机多孔材料,
其中步骤(a)在至少一种作为组分(a4)的有机阻燃剂的存在下进行,其中阻燃剂可溶于所述溶剂中。
有机阻燃剂为同时为阻燃剂的有机化合物。有机化合物为包含至少一个碳原子的化合物。
阻燃剂为提高所得多孔材料的阻燃性能的一种化合物或多种化合物的混合物。为了本发明的目的,阻燃性能通过BKZ测试表征。术语BKZ测试意指燃烧指数(fire index)(可燃性等级和烟雾等级)的测定,如在Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen(VKF)[Association ofSwiss Cantonal Fire Insurers]的“Wegleitung für Feuerpolizeivorschriften:Baustoffe und Bauteile”[Guidelines for Fire Authority Regulations:Construction Materials and Components],Part B:Prüfbestimmungen[Test Procedures],1988版(1990、1994和1995增补版)中。阻燃剂优选特征在于其导致所得多孔材料在BKZ测试中的燃烧性能等级为5。
优选的实施方案可见于权利要求和说明书中。优选实施方案的组合位于本发明的范围内。以下首先阐述所用组分的优选实施方案。
多官能异氰酸酯(a1)在下文中统称为组分(a1)。相应地,多官能芳族胺(a2)在下文中统称为组分(a2)。对于本领域技术人员而言显而易见的是所提及的单体组分在多孔材料中以已反应形式存在。
为了本发明的目的,术语化合物的官能度意指每分子活性基团的数目。对于单体组分(a1)而言,官能度为每分子异氰酸酯基的数目。对于单体组分(a2)的氨基而言,术语官能度意指每分子活性氨基的数目。此处多官能化合物的官能度至少为2。
如果组分(a1)和/或(a2)使用由具有不同官能度的化合物组成的混合物,则该组分的官能度为各个化合物各自的数均官能度。多官能化合物每分子包括至少两个上述官能团。
组分(a1)
本发明方法使至少一种作为组分(a1)的多官能异氰酸酯进行反应。
为了本发明方法的目的,组分(a1)的用量优选为至少20重量%,特别至少30重量%,特别优选至少40重量%,极特别优选至少55重量%,特别至少68重量%,各自基于组分(a1)至(a4)的总重量100重量%计。为了本发明方法的目的,组分(a1)的用量还优选至多99.8重量%,特别至多99.3重量%,特别优选至多97.5重量%,各自基于组分(a1)至(a4)的总重量100重量%计。
可用的多官能异氰酸酯为芳族、脂族、脂环族和/或芳脂族异氰酸酯。这些多官能异氰酸酯本身已知或可通过本身已知的方法制备。所述多官能异氰酸酯还可特别以混合物的形式使用,因此在该情况下组分(a1)包含多种多官能异氰酸酯。可用作单体单元(a1)的多官能异氰酸酯每分子单体组分具有两个或两个以上异氰酸酯基(并且在第一种情况下称为二异氰酸酯)。
特别合适的化合物为二苯基甲烷2,2’-、2,4’-和/或4,4’-二异氰酸酯(MDI)、1,5-萘二异氰酸酯(NDI)、甲苯2,4-和/或2,6-二异氰酸酯(TDI)、3,3’-二甲基联苯二异氰酸酯、二苯基乙烷1,2-二异氰酸酯和/或对苯二异氰酸酯(PPDI)、亚丙基二异氰酸酯、亚丁基二异氰酸酯、亚戊基二异氰酸酯、亚己基二异氰酸酯、亚庚基二异氰酸酯和/或亚辛基二异氰酸酯、2-甲基亚戊基1,5-二异氰酸酯、二乙基亚丁基1,4-二异氰酸酯、亚戊基1,5-二异氰酸酯、亚丁基1,4-二异氰酸酯、1-异氰酸基-3,3,5-三甲基-5-异氰酸基甲基环己烷(异佛尔酮二异氰酸酯,IPDI)、1,4-和/或1,3-双(异氰酸基甲基)环己烷(HXDI)、环己烷1,4-二异氰酸酯、1-甲基环己烷2,4-和/或2,6-二异氰酸酯以及二环己基甲烷4,4’-、2,4’-和/或2,2’-二异氰酸酯。
芳族异氰酸酯为优选的多官能异氰酸酯(a1)。特别优选以下实施方案作为组分(a1)的多官能异氰酸酯:
i)基于甲苯二异氰酸酯(TDI)的多官能异氰酸酯,特别为2,4-TDI或2,6-TDI,或由2,4-TDI和2,6-TDI组成的混合物。
ii)基于二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的多官能异氰酸酯,特别为2,2’-MDI或2,4’-MDI或4,4’-MDI,或低聚MDI(还称为多苯基多亚甲基异氰酸酯),或由两种或三种上述二苯基甲烷二异氰酸酯组成的混合物,或在MDI的制备过程中所产生的粗MDI,或由至少一种MDI的低聚物和至少一种上述低分子量的MDI衍生物组成的混合物。
iii)由至少一种如实施方案i)中的芳族异氰酸酯和至少一种如实施方案ii)中的芳族异氰酸酯组成的混合物。
特别优选低聚二苯基甲烷二异氰酸酯作为多官能异氰酸酯。低聚二苯基甲烷二异氰酸酯(在下文中称为低聚MDI)是由多种低聚缩合物和多种二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的衍生物组成的混合物。所述多官能异氰酸酯还可优选由单体芳族二异氰酸酯和低聚MDI的混合物组成。
低聚MDI包含一种或多种官能度大于2(特别3或4或5)的MDI的多核缩合物。低聚MDI为已知的并且通常称为多苯基多亚甲基异氰酸酯,或聚合MDI。低聚MDI通常由官能度可变的MDI基异氰酸酯组成的混合物组成。低聚MDI通常以与单体MDI的混合物形式使用。
包含低聚MDI的异氰酸酯的(平均)官能度可在约2.2至约5,特别2.4至3.5,特别2.5至3的范围内变化。这种官能度可变的MDI基多官能异氰酸酯混合物具体为粗MDI,其通常在由盐酸催化的MDI的制备中作为粗MDI制备中的中间产物产生。
组分(a1)的官能度优选为至少2,特别至少2.2,以及特别优选至少2.4。组分(a1)的官能度优选为2.2至4,以及特别优选2.4至3。
在组分(a1)中异氰酸酯基的含量优选为5至10mmol/g,特别6至9mmol/g,特别优选7至8.5mmol/g。本领域技术人员知道以mmol/g计的异氰酸酯基的含量与以g/当量计的已知为当量的值之间的互反关系。以mmol/g计的异氰酸酯基的含量如ASTM D5155-96A由以重量%计的含量计算。
在一个优选的实施方案中,组分(a1)由至少一种选自二苯基甲烷4,4’-二异氰酸酯、二苯基甲烷2,4’-二异氰酸酯、二苯基甲烷2,2’-二异氰酸酯以及低聚二苯基甲烷二异氰酸酯的多官能异氰酸酯组成。为了该优选实施方案的目的,组分(a1)特别优选包含低聚二苯基甲烷二异氰酸酯,并且其官能度为至少2.5。
所用组分(a1)的粘度为可宽范围地变化。组分(a1)的粘度优选为100至3000mPa.s,特别优选200至2500mPa.s。
组分(a2)
在本发明中组分(a2)为至少一种多官能芳族胺。
组分(a2)在一定程度上可原位制备。在这种实施方案中,步骤(a)的反应在水(a3)的存在下进行。水与异氰酸酯基反应从而产生氨基同时释放CO2。因此,多官能胺在一些程度上作为中间产物(原位)产生。在该反应的另一个过程中,多官能胺可与异氰酸酯基反应从而产生脲键(urea linkage)。
在该优选的实施方案中,所述反应在水和作为(a2)的多官能芳族胺的存在下,以及任选在催化剂(a5)的存在下进行。
在另一个同样优选的实施方案中,组分(a1)和作为组分(a2)的多官能芳族胺的反应任选在催化剂(a5)的存在下进行。此处不存在水。
多官能芳族胺本身是本领域技术人员已知的。术语多官能芳族胺意指每分子具有至少两个对异氰酸酯呈活性的氨基的胺。此处对异氰酸酯呈活性的基团为伯氨基和仲氨基,其中伯氨基的活性通常明显高于仲氨基。
多官能芳族胺优选为具有两个伯氨基的双核芳族化合物(双官能芳族胺),或相应地具有多于两个伯氨基的三核或多核芳族化合物,或由上述化合物组成的混合物。组分(a2)的优选多官能芳族胺特别为二氨基二苯基甲烷的异构体和衍生物。
所提及的双官能双核芳族胺特别优选为通式I的那些,
其中R1和R2可相同或不同且相互独立地选自氢和具有1至6个碳原子的直链或支链烷基,并且其中所有取代基Q1至Q5以及Q1’至Q5’相同或不同且相互独立地选自氢、伯氨基和具有1至12个碳原子的直链或支链烷基,其中烷基可带有其他官能团,前提是通式I的化合物包含至少两个伯氨基,其中Q1、Q3和Q5中的至少一个为伯氨基并且Q1’、Q3’和Q5’中的至少一个为伯氨基。
在一个实施方案中,通式I的取代基Q中的烷基选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基以及叔丁基。这种化合物在后文中称为取代的芳族胺(a2-s)。但是,同样优选的是所有取代基Q均为氢,在这一点上其不为上文所定义的氨基(所用的术语为未取代的多官能芳族胺)。
通式I中的R1和R2优选相同或不同且相互独立地选自氢、伯氨基和具有1至6个碳原子的直链或支链烷基。R1和R2优选选自氢和甲基。特别优选R1=R2=H。
其他合适的多官能芳族胺(a2)特别为甲苯二胺的异构体和衍生物。组分(a2)的特别优选的甲苯二胺的异构体和衍生物为甲苯-2,4-二胺和/或甲苯-2,6-二胺以及二乙基甲苯二胺,特别为3,5-二乙基甲苯-2,4-二胺和/或3,5-二乙基甲苯-2,6-二胺。
极特别优选组分(a2)包含至少一种选自4,4’-二氨基二苯基甲烷、2,4’-二氨基二苯基甲烷、2,2’-二氨基二苯基甲烷以及低聚二氨基二苯基甲烷的多官能芳族胺。
低聚二氨基二苯基甲烷包含苯胺与甲醛的一种或多种多核亚甲基桥接缩合物。低聚MDA包含至少一种——但通常多种——官能度大于2(特别3或4或5)的MDA低聚物。低聚MDA为已知的或可通过本身已知的方法制备。低聚MDA通常以与单体MDA的混合物的形式使用。
组分(a2)的包含低聚MDA的多官能胺的(平均)官能度可在约2.3至约5,特别2.3至3.5,以及特别2.3至3的范围内变化。这种官能度可变的MDI基多官能胺混合物具体为粗MDI,其特别在通常由盐酸催化的苯胺与甲醛的缩合反应中作为粗MDI制备中的中间产物产生。
特别优选至少一种多官能芳族胺包含二氨基二苯基甲烷或二氨基二苯基甲烷的衍生物。特别优选至少一种多官能芳族胺包含低聚二氨基二苯基甲烷。特别优选组分(a2)包含低聚二氨基二苯基甲烷作为组分(a2)并且其总官能度为至少2.1。特别地,组分(a2)包含低聚二氨基二苯基甲烷并且其官能度为至少2.4。
为了本发明的目的,可通过使用组分(a2)中取代的多官能芳族胺来控制伯氨基的活性。所提及以及下文所述的下文称为(a2-s)的取代的多官能芳族胺可单独使用或以与上述(未取代的)二氨基二苯基甲烷(其中式I中的所有Q为氢,在这一点上其不为NH2)的混合物形式使用。
在本实施方案中,上文所述式I中的Q2、Q4、Q2’和Q4’(包括有关定义)优选以以下方式选择:通式I的化合物在相对于至少一个连接至芳环上的伯氨基的α-位上具有至少一个可带有其他官能团并且含有1至12个碳原子的直链或支链烷基。
在本实施方案中的Q2、Q4、Q2’和Q4’优选以以下方式选择:取代的芳族胺(a2-s)包含至少两个伯氨基,该伯氨基分别在α-位上具有可带有其他官能团并且含1至12个碳原子的一个或两个直链或支链烷基。在这一点上,Q2、Q4、Q2’和Q4’中的一个或多个以以下方式选择:其可为具有1至12个碳原子的直链或支链烷基,该烷基带有其他官能团,而且优选氨基和/或羟基和/或卤素原子作为这些官能团。
胺(a2-s)优选选自3,3’,5,5’-四烷基-4,4’-二氨基二苯基甲烷、3,3’,5,5’-四烷基-2,2’-二氨基二苯基甲烷以及3,3’,5,5’-四烷基-2,4’-二氨基二苯基甲烷,其中在3、3’、5和5’位上的烷基可相同或不同且相互独立地选自具有1至12个碳原子的直链或支链烷基,该烷基可带有其他官能团。上述烷基优选为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基(均未被取代)。
在一个实施方案中,取代基Q的一个或多个烷基中的一个、多个、或所有氢原子被卤素原子(特别是氯)取代。或者,取代基Q的一个或多个烷基中的一个、多个、或所有氢原子被NH2或OH取代。但是,优选通式I中的烷基由碳和氢组成。
在一个特别优选的实施方案中,组分(a2-s)包含3,3’,5,5’-四烷基-4,4’-二氨基二苯基甲烷,其中烷基可相同或不同且独立选自具有1至12个碳原子的直链或支链烷基,该烷基可任选带有官能团。上述烷基优选选自未取代的烷基,特别是甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基和叔丁基,特别优选甲基和乙基。极特别优选3,3’,5,5’-四乙基-4,4’-二氨基二苯基甲烷和/或3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-二氨基二苯基甲烷。
上述组分(a2)的多官能胺本身是本领域技术人员已知的或可通过已知方法制备。一种已知方法为苯胺或苯胺衍生物与甲醛分别用酸催化的反应。
如上文所述,水作为组分(a3)可以全部或在一定程度上代替多官能芳族胺,因为其与一定量(当时预先计算)组分(a1)的额外的多官能芳族异氰酸酯原位反应以产生相应的多官能芳族胺。在用水作为组分(a3)的情况下,优选遵从如下文所述的特定参数。
如前所述,水与异氰酸酯基反应从而产生氨基,同时释放CO2。因此多官能胺在一定程度上作为中间产物(原位)产生。在该反应的另一个过程中,多官能胺与异氰酸酯基反应从而产生脲键。所形成的CO2不允许破坏凝胶化过程以致于所得多孔材料的结构受到不合需要的影响。这导致了上文所述水含量的优选上限(基于组分(a1)至(a4)的总重量计),其中该含量优选为至多30重量%,特别优选至多25重量%,特别为至多20重量%。水含量在所述范围内的另一个优势为在凝胶化过程后,无需任何复杂的干燥过程来移除任何残留水。
在用水作为组分(a3)的情况下,水的用量优选为0.1至30重量%,特别为0.2至25重量%,特别优选0.5至20重量%,各自基于组分(a1)至(a4)的总重量100重量%计。
在所述范围内水的优选量取决于是否使用催化剂(a5)。
在第一个变体中,其包括水的使用,组分(a1)和(a2)的反应在无催化剂(a5)的存在下进行。在第一个实施方案中,已证明使用5至30重量%的水作为组分(a3)是有利的,特别为6至25重量%,特别优选8至20重量%,各自基于组分(a1)至(a4)的总重量100重量%计。
为了第一个实施方案的目的,上述组分(a1)至(a3)的使用比例优选如下,各自基于组分(a1)至(a3)的总重量100重量%计:40至94.9重量%、特别55至93.5重量%、特别优选68至90重量%的组分(a1),和0.1至30重量%、特别0.5至20重量%、特别优选2至12重量%的多官能芳族胺(a2),以及5至30重量%、特别6至25重量%、特别优选8至20重量%的水(a3)。
水含量和组分(a1)中活性异氰酸酯基的含量给出了氨基的理论含量,假设水与组分(a1)中的异氰酸酯基完全反应从而形成相应量的氨基,其中该含量与从组分(a2)中所得的含量相加(总n胺)。用剩余物计算所得的NCO基的量nNCO与所形成氨基的计算量的比例表示使用率,在下文中称为计算使用率nNCO/n胺,并且为当量比(即各个官能团的摩尔比)。
为了上述第一个变体的目的,计算使用率(当量比)nNCO/n胺可宽范围地变化并且特别可为0.6至5。nNCO/n胺优选为1至1.6,特别为1.1至1.4。
在第二个优选的变体中,其包括水的使用,组分(a1)至(a3)的反应在催化剂(a5)的存在下进行。在该第二个实施方案中,已证明使用0.1至15重量%的水(a3)是有利的,特别为0.2至15重量%,特别优选0.5至12重量%,各自基于组分(a1)至(a3)的总重量100重量%计。在上述范围内,获得了机械性能特别有利的所得多孔材料,并且这由特别有利的网状结构引起。更大量的水对网状结构具有不利影响并且对多孔材料的最终性能不利。
为了优选的第二个变体的目的,上述组分(a1)至(a3)的使用比例优选如下,各自基于组分(a1)至(a3)的总重量100重量%计:55至99.8重量%、特别65至99.3重量%、特别优选76至97.5重量%的组分(a1),和0.1至30重量%、特别0.5至20重量%,特别优选2至12重量%的多官能芳族胺(a2),以及0.1至15重量%、特别0.2至15重量%、特别优选0.5至12重量%的水(a3)。
在上述第二个变体中,计算使用率(当量比)nNCO/n胺优选为1.01至5。所述当量比特别优选为1.1至3,特别为1.1至2。在该实施方案中,nNCO相对于n胺的过量导致在移除溶剂时多孔材料(特别是干凝胶)的收缩率降低,以及通过协同作用与催化剂(a5)一起导致网状结构改善和所得多孔材料的最终性能改善。
在前文所述的第二个优选的实施方案中,步骤(a)的反应在水的存在下进行。为了该优选的实施方案的目的,上文所述的组分(a1)和(a2)的使用比例优选如下,各自基于组分(a1)和(a2)的总重量100重量%计:20至80重量%、特别25至75重量%、特别优选35至68重量%的组分(a1),和20至80重量%、特别25至75重量%、特别优选32至65重量%的组分(a2);无(a3)。
为了上述实施方案的目的,使用率(当量比)nNCO/n胺优选为1.01至5。所述当量比特别优选为1.1至3,特别为1.1至2。同样,在该实施方案中,nNCO相对于n胺的过量导致在移除溶剂时多孔材料(特别是干凝胶)的收缩率降低,以及通过协同作用与催化剂(a5)一起导致网状结构改善和所得多孔材料的最终性能改善。
在后文中使用术语有机凝胶前驱体(A)代替组分(a1)至(a3)。
组分(a4)
在本发明中组分(a1)和(a2)的反应在至少一种作为组分(a4)的有机阻燃剂的存在下进行。
组分(a4)的阻燃剂优选为包含磷和/或卤素(特别为溴)的化合物。但是,还可使用基于硼的阻燃剂。
组分(a4)的优选用量为0.1至25重量%,优选1至15重量%,各自基于组分(a1)至(a4)的总重量100重量%计。所述范围给出了首先特别良好的阻燃性能和其次有利的孔结构。将所述优选的范围应用至所有上文所述实施方案的组分(a1)至(a3)中。
组分(a4)优选包含至少一种选自多溴化化合物和有机磷化合物的阻燃剂。
多溴化化合物为任何一种每分子包含至少两个溴原子的化合物。优选的多溴化化合物特别为:五溴甲苯、五溴苯基烯丙基醚、五溴乙基苯、十溴联苯基、五溴二苯醚、八溴二苯醚、十溴二苯醚、亚乙基双(四溴邻苯二甲酰亚胺)、十四溴二苯氧基苯、四溴邻苯二甲酸酐的醚酯和四溴新戊二醇及其衍生物。
有机磷化合物为包含至少一个磷原子和至少一个碳原子的化合物,特别为有机磷酸酯、膦酸酯、次磷酸酯、亚磷酸酯、亚膦酸酯、次亚膦酸酯以及氧化膦。
本发明中优选的有机磷化合物特别为具有P=O双键的那些,特别为有机磷酸酯、有机膦酸酯和有机氧化膦。此处前缀有机的特征在于存在上述意义上的有机化合物,并且不局限于C-P键的存在。
术语有机磷酸酯意指其中磷酸的P-OH基已被P-OR取代的有机化合物,其中每个R可相同或不同且相互独立地为有机部分,特别可为脂族、芳脂族或芳族并且可带有其他官能团的烃基。
术语有机膦酸酯意指其中膦酸的P-OH基已被P-OR取代并且P-H基已被P-R取代的有机化合物,其中每个R可相同或不同且相互独立地为有机部分,特别可为脂族、芳脂族或芳族并且可带有其他官能团的烃基。
术语有机氧化膦意指结构为R3P=O的有机化合物,其中每个R可相同或不同且相互独立地为有机部分,特别可为脂族、芳脂族或芳族并且可包含其他官能团的烃基。
在一个第一优选的实施方案中,组分(a4)包含至少一种有机磷酸酯。优选的有机磷酸衍生物为结构为OP(OR)3的那些,其中每个R互相独立地为具有1至20个碳原子的脂族、芳脂族或芳族烃基,其中该基团可带有其他官能团,实例为醚键(ether linkage)、卤素原子以及对异氰酸酯呈活性的基团,特别为OH基和/或NH2基。
优选的有机磷酸酯特别为磷酸三芳基酯和磷酸三烷基酯,例如磷酸二苯基甲苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三乙酯、磷酸-2-乙基己基二苯酯和亚苯基1,3-磷酸酯的四苯酯以及磷酸三(2-氯丙基)酯。
在另一个优选的实施方案中,组分(a4)包含至少一种有机膦酸酯。
优选的有机膦酸酯为结构为RPO(OR)2的那些,其中每个R互相独立地为具有1至20个碳原子的脂族、芳脂族或芳族烃基,其中该基团可带有其他官能团,实例为醚键、卤素原子以及对异氰酸酯呈活性的基团,特别为OH基和/或NH2基。
优选的有机膦酸酯特别为膦酸三芳基酯和膦酸三烷基酯、N,N-双(2-羟乙基)氨基甲基膦酸二乙酯、二膦酸四烷基酯化合物、甲烷膦酸二甲酯、乙烷膦酸二乙酯等以及磷多元醇和烷氧基化的烷基膦酸衍生物。
在另一个优选的实施方案中,组分(a4)包含至少一种有机次膦酸衍生物。
优选的有机氧化膦为结构为OPR3的那些,其中每个R互相独立地为具有1至20个碳原子的脂族、芳脂族或芳族烃基,其中该基团可带有其他官能团,实例为醚键、卤素原子以及对异氰酸酯呈活性的基团,特别为OH基和/或NH2基。优选的有机氧化膦特别为双(羟甲基)异丁基氧化膦、双(3-羟丙基)异丁基氧化膦、三乙基氧化膦、二甲基癸基氧化膦、三丁基氧化膦、三(2-乙基己基)氧化膦、甲基二苯基氧化膦、三辛基氧化膦、三苯基氧化膦和三(2-甲基苯基)氧化膦。
上述阻燃剂可单独使用或以两种或两种以上上述化合物的组合的形式使用。
如上文所述,阻燃剂可包含一个或多个官能团。
在一个实施方案中,组分(a4)优选包含至少一种包含对异氰酸酯呈活性的官能团(特别是至少两个这种活性官能团)的化合物。优选的活性基团为OH、伯氨基和仲氨基。伯氨基和仲氨基对于本发明的组分(a1)呈活性并因此被纳入所得的网状结构中。尽管OH基对异氰酸酯也呈活性,但OH基对异氰酸酯的活性相对较小,因此任何存在的胺首先反应。OH基的活性可通过使用合适的加速尿烷生成反应的催化剂(a5)来提高。
特别优选的阻燃剂如下:磷酸三(2-氯代-1-甲基乙基)酯、乙基膦酸二乙酯、丙基膦酸二甲酯、磷酸三(异丙基苯基)酯(Reofos95)、低聚磷酸氯代烷基酯(Fyrol99)、间苯二酚双(磷酸二苯酯)、3,4,5,6-四溴邻苯二甲酸2-(2-羟基乙氧基)乙酯、双(羟甲基)异丁基氧化膦、双(3-羟丙基)异丁基氧化膦以及三辛基氧化膦。
催化剂(a5)
在一个第一优选的实施方案中,本发明的方法优选在至少一种催化剂作为组分(a5)的存在下进行。
可用的催化剂原则上为任何一种本领域技术人员已知并且加速异氰酸酯的三聚的催化剂(其称为三聚催化剂)和/或加速异氰酸酯与氨基或OH基的反应的催化剂(其称为凝胶催化剂(gel catalyst)),和/或——在使用组分(a3)(即水)的情况下——加速异氰酸酯与水的反应的催化剂(其称为发泡催化剂(blowing catalyst))。
相应的催化剂为本身已知的,并且以不同方式进行上述三种反应。因此其可根据性能被分配至一种或多种上述类型。本领域技术人员还知晓除上述反应以外的反应也可能发生。
相应的催化剂尤其特征在于其凝胶化与发泡的比例,例如从Polyurethane[Polyurethanes],第3版,G.Oertel,Hanser Verlag,Munich,1993,第104至110页中已知。
在不用组分(a3)(即不用水)的情况下,优选的催化剂对三聚过程具有显著的活性。其对网状结构的均一性具有有利的影响,导致特别有利的机械性能。在使用活性(并入式(incorporatable))催化剂的情况下,优选的催化剂还对氨基甲酸酯形成反应(凝胶化反应)的催化具有显著的活性。
在使用组分(a3)的情况下,优选的催化剂(a5)具有平衡的凝胶化与发泡比例,以使组分(a1)与水的反应不过度加速,不会不利地影响网状结构,同时具有较短的凝胶化时间,以使脱模时间有利地变小。优选的催化剂同时对三聚过程具有显著的活性。这对网状结构的均一性具有有利的影响,导致特别有利的机械性能。
所述催化剂可为单体单元(并入式催化剂)或可为非并入式催化剂。
有利的是使用最小有效量的组分(a5)。优选使用0.01至5重量份,特别为0.1至3重量份,特别优选0.2至2.5重量份的量的组分(a5),基于总计100重量份的组分(a1)至(a4)计。
优选的组分(a5)的催化剂选自伯胺、仲胺和叔胺、三嗪衍生物、有机金属化合物、金属螯合物、季铵盐、氢氧化铵以及碱金属和碱土金属的氢氧化物、醇盐和羧酸盐。
合适的催化剂特别为强碱,例如季铵碱(quaternary ammoniumhydroxide),例如在烷基部分具有1至4个碳原子的氢氧化四烃基铵和氢氧化苄基三甲基铵;和碱金属氢氧化物,例如氢氧化钾或氢氧化钠;以及碱金属醇盐,例如甲醇钠、乙醇钾和乙醇钠以及异丙醇钾。
其他合适的催化剂特别为碱金属羧酸盐,例如甲酸钾、乙酸钠、乙酸钾、2-乙基己酸钾、己二酸钾和苯甲酸钠以及具有8至20(特别为10至20)个碳原子并且任选具有侧OH基的长链脂肪酸的碱金属盐。
其他合适的催化剂特别为N-羟烷基季铵羧酸盐,例如三甲基羟丙基铵甲酸盐。
有机金属化合物本身(特别以凝胶催化剂的形式)是本领域技术人员已知的,并且同样为合适的催化剂(a5)。有机锡化合物(例如2-乙基己酸锡和二月桂酸二丁基锡)为优选的组分(a5)。
叔胺作为凝胶催化剂和三聚催化剂本身是本领域技术人员已知的。叔胺特别优选为催化剂(a5)。优选的叔胺特别为N,N-二甲基苄胺、N,N’-二甲基哌嗪、N,N-二甲基环己胺、N,N’,N’’-三(二烷基氨基烷基)-s-六氢化三嗪(例如N,N’,N’’-三(二甲基氨基丙基)-s-六氢化三嗪)、三(二甲基氨基甲基)苯酚、双(2-二甲基氨基乙基)醚、N,N,N,N,N-五甲基二亚乙基三胺、甲基咪唑、1,2-二甲基咪唑、二甲基苄胺、1,6-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7烯、三乙胺、三亚乙基二胺(IUPAC:1,4-二氮杂双环[2,2,2]辛烷)、二甲基氨基乙醇胺、二甲基氨基丙胺、N,N-二甲基氨基乙氧基乙醇、N,N,N-三甲基氨基乙基乙醇胺、三乙醇胺、二乙醇胺、三异丙醇胺以及二异丙醇胺。
特别优选的组分(a5)的催化剂选自N,N-二甲基环己胺、双(2-二甲基氨基乙基)醚、N,N,N,N,N-五甲基二亚乙基三胺、甲基咪唑、1,2-二甲基咪唑、二甲基苄胺、1,6-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯、三(二甲基氨基丙基)六氢化三嗪、三乙胺、三(二甲基氨基甲基)苯酚、三亚乙基二胺(二氮杂双环[2,2,2]辛烷)、二甲基氨基乙醇胺、二甲基氨基丙胺、N,N-二甲基氨基乙氧基乙醇、N,N,N-三甲基氨基乙基乙醇胺、三乙醇胺、二乙醇胺、三异丙醇胺、二异丙醇胺、金属乙酰丙酮化物、乙基己酸铵以及金属离子的乙基己酸盐。
本发明优选的催化剂(a5)的使用导致多孔材料具有改进的机械性能,特别导致改进的压缩强度。催化剂(a5)的使用还减少了凝胶化时间,即加速了凝胶化反应,对其他性能无任何不利影响。
溶剂
本发明的反应在溶剂的存在下进行。
为了本发明的目的,术语溶剂包括液体稀释剂——即不仅狭义上的溶剂还有分散介质。混合物可特别为真溶液、胶体溶液或分散液(例如乳液或悬浮液)。该混合物优选真溶液。溶剂为步骤(a)条件下为液体的化合物,优选有机溶剂。
所用溶剂原则上包括有机化合物或多种化合物的混合物,其中所述溶剂在步骤(a)中提供混合物的温度条件和压力条件(简称:溶液条件)下为液体。溶剂的组成以这样一种方式选择:溶剂能够溶解或分散,优选溶解有机凝胶前驱体。优选的溶剂为溶解有机凝胶前驱体(A)的溶剂,即在反应条件完全溶解有机凝胶前驱体(A)的那些。
在溶剂的存在下所述反应的初始反应产物为凝胶,即通过溶剂溶胀的粘弹性化学网络。为在步骤(a)中形成的网络的良好溶胀剂的溶剂通常导致网络具有小孔并且具有小平均孔径,而为由步骤(a)产生的凝胶的不佳的溶胀剂的溶剂通常导致大孔网络具有大平均孔径。
因此溶剂的选择影响所需的孔径分布和所需的孔隙率。溶剂的选择通常还以这样一种方式进行以绝大部分避免由于本发明步骤(a)期间或之后形成的沉淀反应产物而导致的沉淀或絮凝。
当选择了合适的溶剂,沉淀反应产物的比例通常小于1重量%,基于混合物的总重量计。在特定溶剂中形成的沉淀产物的量可通过在凝胶点之前将反应混合物过滤穿过合适的过滤器来以重量法测定。
可用的溶剂为现有技术已知的用于异氰酸酯基聚合物的溶剂。此处优选的溶剂为溶解组分(a1)至(a5)的溶剂,即在反应条件下基本上完全溶解组分(a1)至(a5)的成分的溶剂。所述溶剂优选对组分(a1)呈惰性——即非活性的。
可用溶剂的实例为酮、醛、链烷酸烷基酯、酰胺(例如甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮)、亚砜(例如二甲基亚砜)、脂族和脂环族卤代烃、卤代芳族化合物以及含氟醚。还可使用由两种或两种以上上述化合物组成的混合物。
还可用缩醛作为溶剂,特别是二乙氧基甲烷、二甲氧基甲烷以及1,3-二氧戊环。
二烷基醚和环状醚也适合作为溶剂。优选的二烷基醚特别为具有2至6个碳原子的那些,特别为甲基乙基醚、二乙醚、甲基丙基醚、甲基异丙基醚、丙基乙基醚、乙基异丙基醚、二丙醚、丙基异丙基醚、二异丙醚、甲基丁基醚、甲基异丁基醚、甲基叔丁基醚、乙基正丁基醚、乙基异丁基醚以及乙基叔丁基醚。特别优选的环状醚为四氢呋喃、二噁烷以及四氢吡喃。
其他优选的溶剂为链烷酸烷基酯,特别为甲酸甲酯、乙酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸丁酯以及乙酸乙酯。优选的卤化溶剂记载于WO00/24799,第4页第12行至第5页第4行中。
醛和/或酮为优选的溶剂。适合作为溶剂的醛或酮特别为对应于通式R2-(CO)-R1的那些,其中R1和R2为氢或具有1、2、3或4个碳原子的烷基。合适的醛或酮特别为乙醛、丙醛、正丁醛、异丁醛、2-乙基丁醛、戊醛、异戊醛、2-甲基戊醛、2-乙基己醛、丙烯醛、异丁烯醛、巴豆醛、糠醛、丙烯醛二聚物、异丁烯醛二聚物、1,2,3,6-四氢苯甲醛、6-甲基-3环己烯醛、氰乙醛、乙醛酸乙酯、苯甲醛、丙酮、二乙基酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、甲基正丁基酮、乙基异丙基酮、2-乙酰基呋喃、2-甲氧基-4-甲基戊-2-酮、环己酮以及乙酰苯。上述醛和酮还可以混合物形式使用。特别优选具有每个取代基具有最高达3个碳原子的烷基的酮和醛作为溶剂。特别优选通式R1(CO)R2的酮,其中R1和R2相互独立地选自具有1至3个碳原子的烷基。在一个第一优选的实施方案中,酮为丙酮。在另一个优选的实施方案中,两个取代基R1和/或R2中的至少一个包含具有至少2个碳原子的烷基,特别为甲基乙基酮。上述特别优选的酮与本发明方法结合使用产生了具有特别小的平均孔径的多孔材料。无任何限制的目的,认为由于上述特别优选的酮的相对较高的亲和力使所得凝胶的孔结构特别小。
在许多情况下,特别合适的溶剂通过用两种或两种以上选自上述溶剂并且可完全彼此混溶的化合物来获得。
在步骤(a)中,为获得在步骤(b)的干燥过程中不会明显收缩的足够稳定的凝胶,组分(a1)至(a4)的比例通常不允许低于5重量%,基于组分(a1)至(a4)和溶剂的总重量100重量%计。组分(a1)至(a4)的比例优选至少6重量%,特别优选至少8重量%,特别至少10重量%,基于组分(a1)至(a4)和溶剂的总重量100重量%计。
另一方面,不允许在所提供的混合物中选择过高浓度的组分(a1)至(a4),否则产物就不是具有有利性能的多孔材料。组分(a1)至(a4)的比例通常为至多40重量%,基于组分(a1)至(a4)和溶剂的总重量100重量%计。组分(a1)至(a4)的比例优选为至多35重量%,特别至多25重量%,特别至多20重量%,基于组分(a1)至(a4)和溶剂的总重量100重量%计。
组分(a1)至(a4)的重量比优选总计为8至25重量%,特别10至20重量%,特别优选12至18重量%,基于组分(a1)至(a4)和溶剂的总重量100重量%计。如果起始物料的量在所提及的范围内,可在干燥过程中获得具有特别有利的孔结构以及具有低热导率和低收缩率的多孔材料。
在本发明方法的步骤(a)中的反应优选在提供组分(a1)、(a2)、任选(a3)、任选(a5)以及(a3)和溶剂之后进行。
优选分别以合适比例的溶剂彼此分开地一方面提供组分(a1),另一方面提供(a2)和(a4)以及任选的(a3)和任选的(a5)。分开提供能使在混合过程之前或期间理想监测和/或控制凝胶化反应。
在水用作组分(a3)的情况下,特别优选分开提供组分(a3)和组分(a1)。这避免了在不存在组分(a2)的情况下水与组分(a1)反应形成网络。否则,水与组分(a1)的预混合将导致关于孔结构的均一性和所得材料的热导率的不利性能。
在进行步骤(a)之前所提供的单种混合物或多种混合物还可包含本领域技术人员已知的常规助剂作为其他成分。可提及的实例为表面活性剂物质、成核剂、抗氧化剂、润滑剂和脱模助剂、染料和颜料、稳定剂(例如抗水解、光、热或褪色作用的稳定剂)、无机和/或有机填料、增强剂以及杀虫剂。
关于上述助剂和添加剂的其他细节可见于技术文献例如PlasticsAdditive Handbook,第5版,H.Zweifel,ed.Hanser Publishers,Munich,2001,第104-127页中。
为了进行本发明方法的步骤(a)中的反应,首先需要制备在步骤(a)的反应之前所提供组分的均匀混合物。
在步骤(a)中反应的组分的制备方法可为常规的。为此,优选使用搅拌器或其他搅拌装臵来获得良好并快速的混合。为了避免在混合过程中的缺陷,制备均匀混合物所需的时间与通过凝胶化反应形成至少部分凝胶的所需时间相比较应当较小。其他混合条件通常不是关键的,例如混合过程可在0至100℃和0.1至10巴(绝对压力)下(特别例如在室温和大气压力下)进行。一旦获得均匀混合物的产物,就优选关闭搅拌装臵。
该凝胶化反应涉及加成聚合反应,特别是涉及异氰酸酯基和氨基的加成聚合方法。
术语凝胶意指基于与液体接触的聚合物的交联体系(所用术语为溶剂型凝胶(solvogel)或液凝胶(lyogel),或以水作为液体,水凝胶(aquagel)或水凝胶(hydrogel))。此处聚合物相形成连续三维网络。
为了本发明方法的步骤(a)的目的,凝胶通常通过静臵材料来制备,例如简单地静臵其中存在有混合物的容器、反应容器或反应器(在下文中称为凝胶化装臵)。混合物优选在凝胶化过程(凝胶形成过程)中不经过其他搅拌或混合,因为这会抑制凝胶的形成。已经证明在凝胶化过程中覆盖混合物或密封凝胶化装臵是有利的。
凝胶化过程本身是本领域技术人员已知的并且记载于例如WO-2009/027310,第21页,第19行-第23页,第13行中。
步骤(b)
在本发明的步骤(b)中,通过移除有机溶剂将在先前步骤中所得的凝胶干燥以得到有机多孔材料。
原则上可在超临界条件下使用干燥法,优选在用CO2或其他适用于超临界干燥目的的溶剂代替所述溶剂之后。这类干燥法本身是本领域技术人员已知的。超临界条件的特征在于温度和压力——在该温度和压力下待移除的液相处于超临界状态。该方法可降低凝胶产物在移除溶剂的过程中的收缩率。从超临界干燥过程中所得的材料称为气凝胶。
但是,为了简单进行该过程,优选通过在低于包含于凝胶中的液体的临界温度和临界压力的温度和压力下将包含于凝胶中的液体转化为气态来干燥凝胶。由次临界干燥过程所得的材料称为干凝胶。
凝胶优选通过在低于溶剂的临界温度和临界压力的温度和压力下将溶剂转化为气态来干燥。因此优选不在干燥过程之前预先用其他溶剂代替来移除在反应过程中所存在的溶剂。
合适的方法同样为本领域技术人员已知并记载于WO-2009/027310,第26页,第22行-第28页,第36行中。
凝胶产物的收缩在次临界干燥过程中特别明显。在干燥过程中收缩的最小化是本发明的优势。
多孔材料的性能和用途
本发明还提供在本发明过程中所得的多孔材料。
干凝胶优选作为本发明的多孔材料,这意指本发明中所得的多孔材料优选为干凝胶。
为了本发明的目的,干凝胶特别为通过溶胶凝胶法制备的孔隙率至少70体积%和体积平均孔径至少50微米的多孔材料,其中液相已通过在低于液相的临界温度和临界压力(“次临界条件”)下干燥从而从凝胶中移除。
为了本发明的目的,平均孔径优选在室温下根据DIN66133(1993)用压汞法测定。为了本发明的目的,平均孔径等同于平均孔径。此处体积平均孔径通过由根据上述标准测定的孔径分布计算来测定。
多孔材料的体积平均孔径优选至多8微米。多孔材料的体积平均孔径特别优选为至多5微米,极特别优选至多3微米,以及特别至多1微米。
尽管具有高孔隙率的最小孔径是得到低热导率所必须的,但是由于制备过程和获得具有足够机械稳定性的多孔材料的需要,体积平均孔径具有实际下限。体积平均孔径通常至少50nm,优选至少100nm。在许多情况下,体积平均孔径为至少200nm,特别至少300nm。
本发明中所得的多孔材料的孔隙率优选为至少70体积%,特别70至99体积%,特别优选至少80体积%,极特别优选至少85体积%,特别为85至95体积%。以体积%表示的孔隙率意指多孔材料总体积的特定比例由孔组成。尽管最大孔隙率是获得最小热导率所需的,但是所述多孔材料的机械性能以及加工性能设定了孔隙率的上限。
任选在一定程度上首先与水反应的组分(a1)与(a2)在本发明所得的多孔材料中为已反应(聚合)形式。凭借本发明的组分,单体单元(a1)和(a2)主要以通过多孔材料中的脲键和/或异氰脲酸酯键(isocyanurate linkage)连接的形式存在,并且此处异氰脲酸酯基通过单体单元(a1)的异氰酸酯基的三聚来制备。在这一点上多孔材料包含其他组分,其他可能的键为例如脲基,其中脲基通过异氰酸酯基与醇或苯酚的反应制备。
任选在一定程度上首先与水反应的组分(a1)与(a2)在多孔材料中优选以以下形式存在:至少50mol%已通过脲基-NH-CO-NH-和/或通过异氰脲酸酯键连接。组分(a1)和(a2)在多孔材料中优选以50至100mol%通过脲基和/或通过异氰脲酸酯键连接的形式存在,特别60至100mol%,极特别优选70至100mol%,特别80至100mol%,例如90至100mol%。
给出100mol%所需的剩余mol%值代表其他键,并且这些其他键为异氰酸酯聚合物领域技术人员已知的。可提及的实例为酯基、脲基、缩二脲基、脲基甲酸酯基、碳化二亚胺基、脲二酮基(uretdione group)和/或氨基甲酸酯基。
在多孔材料中单体单元键的mol%值以固态或溶胀状态通过NMR光谱(核自旋共振)测定。合适的测定方法为本领域技术人员已知的。
本发明中所得的多孔材料的密度通常为20至600g/l,优选50至500g/l,以及特别优选70至200g/l。
本发明方法得到了连续的多孔材料,并且不仅为聚合物粉末或聚合物颗粒。此处所得多孔材料的三维形状通过凝胶的形状确定,并且所述凝胶形状依次通过凝胶化装臵的形状确定。因此,例如,圆柱形的凝胶容器通常得到近似圆柱形的凝胶,然后可将其干燥以得到圆柱体形状的多孔材料。
本发明中所得的多孔材料具有低热导率、高孔隙率和低密度,以及高机械稳定性以及良好的阻燃性能。所述多孔材料还具有低平均孔径。上述性能的结合使得能在隔热行业中用作绝缘材料,特别是对于真空行业中的应用,其中优选最小厚度的真空面板,例如在制冷设备或建筑物中。因此优选在真空绝缘面板中的用途,特别是作为用于真空绝缘面板的芯部材料。优选将本发明的多孔材料用于隔热,特别在建筑应用中。通过本发明所得的材料特征在于首先有利的热导率和其次有利的阻燃性能。在大气压力下有利的隔热性能和良好的阻燃性能使本发明的材料特别适于建筑应用。
实施例
以ml/每g样品计的孔体积以及材料的平均孔径在室温下根据DIN66133(1993)用压汞法测定。为了本发明的目的,平均孔径等同于平均孔直径。此处体积平均孔径通过由根据上述标准测定的孔径分布计算来测定。
以体积%计的孔隙率由公式P=(Vi/(Vi+Vs))*100体积%计算,其中P为孔隙率,Vi为根据DIN66133的Hg浸入体积,以ml/g计,以及Vs为试样的比容,以ml/g计。
多孔凝胶的密度ρ(以g/ml计)由公式ρ=m/(π*r2)*h计算,其中m为多孔凝胶的质量,r为多孔凝胶的半径(直径的一半),以及h为多孔凝胶的高度。
本发明方法的步骤(b)中的收缩率通过比较在移除溶剂前后圆柱形凝胶的高度和直径(以cm计)来测定。所述值基于收缩后的圆柱体与移除溶剂前的凝胶产物相比的相对体积,并且这意指收缩率被表述为体积%的损失。在收缩前,圆柱体的高度为4.9cm,以及圆柱体的直径为2.7cm。
阻燃性能通过如上所述的BKZ测试来测定。在这一点上未达到可燃性等级5所确定的最大火焰高度15cm,而是确定了在BKZ测试中所观察到的火焰高度。
使用以下化合物:
组分a1:
组分a2:
具有根据DIN53018在50℃下2710mPa.s的粘度、约2.4的官能度以及9.93mmol/g的氨基含量的低聚二氨基二苯基甲烷(下文中称为“PMDA”)。
组分a3:
来自Chemtura的PHT-4-DiolTM:
实施例1
2.0g化合物M50在20℃下在玻璃烧杯中搅拌溶解于10.5g丙酮中。1.3g PMDA和0.5gOP560在第二个玻璃烧杯中溶解于11g丙酮中。将步骤(a)中的这两种溶液混合。得到低粘度的澄清混合物。将所述混合物在室温下静臵24小时硬化。然后将凝胶从玻璃烧杯中移除,并且液体(丙酮)通过在20℃下干燥7天移除。
所得材料的平均孔径为4.0μm。孔隙率为86体积%,相应的密度为233g/l。收缩率为42%。在BKZ测试中测量的火焰高度为5cm。
实施例2
2.0g化合物M50在20℃下在玻璃烧杯中搅拌溶解于10.5g丙酮中。1.3g PMDA和0.5g PHT-4-DiolTM在第二个玻璃烧杯中溶解于11g丙酮中。将步骤(a)中的这两种溶液混合。得到低粘度的澄清混合物。将所述混合物在室温下静臵24小时硬化。然后将凝胶从玻璃烧杯中移除,并且液体(丙酮)通过在20℃下干燥7天移除。
所得材料的平均孔径为5.0μm。孔隙率为85体积%,相应的密度为235g/l。收缩率为43%。在BKZ测试中测量的火焰高度为9cm。
实施例3
2.0g化合物M50在20℃下在玻璃烧杯中搅拌溶解于10.5g丙酮中。1.3g PMDA和0.5g自Albemarle的V490在第二个玻璃烧杯中溶解于11g丙酮中。将步骤(a)中的这两种溶液混合。得到低粘度的澄清混合物。将所述混合物在室温下静臵24小时硬化。然后将凝胶从玻璃烧杯中移除,并且液体(丙酮)通过在20℃下干燥7天移除。
所得材料的平均孔径为3.0μm。孔隙率为86体积%,相应的密度为226g/l。收缩率为42%。在BKZ测试中测量的火焰高度为5cm。
对比实施例4
2.4g化合物M50在20℃下在玻璃烧杯中搅拌溶解于10.5g丙酮中。1.3g化合物PMDA在第二个玻璃烧杯中溶解于11g丙酮中。将步骤(a)中的这两种溶液混合。得到低粘度的澄清混合物。将所述混合物在室温下静臵24小时硬化。然后将凝胶从玻璃烧杯中移除,并且液体(丙酮)通过在20℃下干燥7天移除。
所得材料与实施例1相比,具有明显收缩的形状。收缩率为70%。孔隙率为71体积%,相应的密度为390g/l。在BKZ测试中测量的火焰高度为7cm,并且此处应当注意的是材料的高密度使可燃性降低。
Claims (20)
1.一种用于制备多孔材料的方法,其包括以下步骤:
(a)至少一种多官能异氰酸酯(a1)与至少一种多官能芳族胺(a2)在有机溶剂中任选地在作为组分(a3)的水的存在下以及任选地在至少一种催化剂(a5)的存在下反应;并且然后
(b)移除有机溶剂以获得有机多孔材料,
其中步骤(a)在至少一种作为组分(a4)的有机阻燃剂的存在下进行,其中所述阻燃剂可溶于所述溶剂中。
2.根据权利要求1的方法,其中组分(a3)的阻燃剂为包含磷和/或卤素——特别为溴——的化合物。
3.根据权利要求1或2的方法,其中作为组分(a4)的用量为0.1至25重量%,优选1至15重量%,各自基于组分(a1)至(a4)的总重量100重量%计。
4.根据权利要求1至3中一项或多项的方法,其中组分(a4)包含至少一种选自多溴化化合物和有机磷化合物的阻燃剂。
5.根据权利要求1至4中一项或多项的方法,其中组分(a4)包含至少一种有机磷酸衍生物。
6.根据权利要求1至5中一项或多项的方法,其中组分(a4)包含至少一种有机膦酸衍生物。
7.根据权利要求1至6中一项或多项的方法,其中组分(a4)包含至少一种有机次膦酸衍生物。
8.根据权利要求1至7中一项或多项的方法,其中组分(a4)包含至少一种包含对异氰酸酯呈活性的官能团——特别是至少2个这种活性官能团——的化合物。
9.根据权利要求1至8中一项或多项的方法,其中至少一种多官能异氰酸酯(a1)由至少一种选自二苯基甲烷4,4’-二异氰酸酯、二苯基甲烷2,4’-二异氰酸酯、二苯基甲烷2,2’-二异氰酸酯以及低聚二苯基甲烷二异氰酸酯的多官能异氰酸酯组成。
10.根据权利要求1至9中一项或多项的方法,其中组分(a1)包含低聚二苯基甲烷二异氰酸酯并且其官能度为至少2.4。
11.根据权利要求1至10中一项或多项的方法,其中组分(a2)包含低聚二氨基二苯基甲烷并且其官能度为至少2.4。
13.根据权利要求12的方法,其中Q2、Q4、Q2’和Q4’以以下方式选择:通式I的化合物在相对于至少一个连接至芳环上的伯氨基的α-位上具有至少一个可带有他官能团并且具有1至12个碳原子的直链或支链烷基。
14.根据权利要求1至13中一项或多项的方法,其中组分(a2)包含至少一种以下化合物:4,4’-二氨基二苯基甲烷、2,4’-二氨基二苯基甲烷、2,2’-二氨基二苯基甲烷以及低聚二氨基二苯基甲烷。
15.根据权利要求1至14中一项或多项的方法,其中所述反应在催化剂(a5)的存在下进行。
16.根据权利要求1至15中一项或多项的方法,其中溶剂的移除通过在低于溶剂的临界温度和临界压力的温度和压力下将溶剂转化成气态而进行。
17.可根据权利要求1至16获得的多孔材料。
18.根据权利要求17的多孔材料,其中干凝胶的体积平均孔径为至多5微米。
19.根据权利要求17或18的多孔材料用于隔热的用途。
20.根据权利要求17或18的多孔材料用于在建筑应用中隔热的用途。
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